DE102005057505A1 - Verfahren und System zum Steuern der Temperaturen von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor zur Unterstützung der Regeneration eines Partikelfilters - Google Patents

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Abstract

Es werden ein Verfahren, ein System und eine Steuervorrichtung zum Steuern der Abgastemperaturen durch das Anpassen der Ventilbetätigungszeiten und/oder der Kraftstoffzufuhr für einen oder mehrere Zylinder angegeben, um die Abgastemperaturen zu erhöhen, wobei normal betriebene Zylinder zusätzlichen Kraftstoff erhalten, um die angepassten Zylinder zu kompensieren. Das Verfahren, das System und die Steuervorrichtung können für Systeme mit einem Motor angewandt werden, der Abgase mit Partikeln ausstößt, die durch ein Partikelfilter aufgefangen werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme und Verfahren zum Steuern der Temperaturen von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor zur Unterstützung der Regeneration eines Partikelfilters.
  • Ein Partikelfilter ist eine Einrichtung zum Auffangen von Partikeln in Abgasen aus einem Verbrennungsmotor. In einigen Systemen, die ein Partikelfilter verwenden, kann es vorteilhaft sein, die aufgefangenen Partikeln in einem allgemein als Regeneration bezeichneten Prozess zu oxidieren bzw. zu verbrennen. Dies ist wünschenswert, um eine Verengung des Abgasflusses durch das Partikelfilter zu verhindern und dadurch die Motorkraftstoffökonomie zu maximieren. Die Regeneration des Partikelfilters hängt von den Temperaturen an dem Partikelfilter ab, die wiederum direkt oder indirekt durch die Abgastemperaturen beeinflusst werden können.
  • Dementsprechend besteht ein Bedarf für die Steuerung der Abgastemperaturen an dem Partikelfilter, um die Regeneration des Partikelfilters zu unterstützen.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft das Steuern von Abgastemperaturen durch das Anpassen der Abgasventilzeiten und der Kraftstoffzufuhr für einen oder mehrere Zylinder in einem Motor, um die Abgastemperaturen zu erhöhen, sowie das Vorsehen einer zusätzlichen Kraftstoffzufuhr zu normal betriebenen Zylindern, um einen Leistungsverlust oder eine zusätzliche Last an den Zylindern aufgrund von veränderten Ventilbetätigungen zu kompensieren, sodass die Motorgeschwindigkeit oder das Ausgangsdrehmoment unverändert bleiben.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Steuervorrichtung konfiguriert sein, um eine gewünschte Abgastemperatur zu bestimmen und um Motorventilbetätigungs- die Kraftstoffeinspritzungsmechanismen entsprechend zu steuern, sodass Abgase mit der gewünschten Abgastemperatur ausgegeben werden. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung konfiguriert sein, um die gewünschte Abgastemperatur mit einer für die Regeneration eines Partikelfilters erforderlichen Temperatur zu korrelieren, sodass der Motor derart gesteuert wird, dass er Abgasen mit einer ausreichenden Temperatur ausgibt, um eine Regeneration des Partikelfilters zu unterstützen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Ventilmechanismus für den Betrieb mit dem Motor konfiguriert sein, um das Steuern der Motorventilzeiten für eine Steuerung der Abgastemperaturen zu unterstützen. Zum Beispiel kann der Ventilmechanismus konfiguriert werden, um Abgasventilbetätigungen und damit die Abgastemperaturen zu steuern, indem etwa das Abgasventil während eines Verdichtungshubs geöffnet wird, damit einer oder mehrere der Zylinder als eine Pumpe wirken und dadurch die Lasten und die erforderliche Kraftstoffzufuhr an den anderen Zylindern erhöht wird, ohne die Motorgeschwindigkeit oder die Ausgabeleistung zu beeinflussen; indem das Öffnen des Abgasventils während eines Verdichtungshubs oder auch während eines Abgashubs verzögert wird, damit die Zylindergase weiter verdichtet werden und dadurch die Temperaturen erhöht werden, sodass die Temperatur der ausgestoßenen Gase durch die Abgasventilzeiten gesteuert werden kann; und/oder indem das Abgasventil während eines Expansionshub auf die Kraftstoffzündung folgend geöffnet wird, damit die Zylindergase durch das Abgasventil ausgestoßen werden, bevor die normale Expansion auftritt und während die verbrannten Gase noch höhere Temperaturen aufweisen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Kraftstoffeinspritzungsmechanismus für den Betrieb in einem Motor konfiguriert sein, um das Steuern der Kraftstoffmenge und/oder der Zeiten für die Zylinder unabhängig für das Steuern der Abgastemperaturen zu steuern. Zum Beispiel kann der Einspritzmechanismus konfiguriert sein, um die Kraftstoffzufuhr zu einem oder mehreren Zylindern zu verhindern und um die Kraftstoffversorgung zu den versorgten Zylindern zu erhöhen, sodass die nicht mit Kraftstoff versorgten Zylinder als Lasten für die mit Kraftstoff versorgten Zylinder dienen, wodurch die Abgastemperaturen erhöht werden, während die Motorgeschwindigkeit und/oder die Ausgabeleistung aufrechterhalten wird. Weiterhin kann eine derartige Steuerung mit der zuvor genannten Ventilzeitsteuerung derart integriert werden, dass ein oder mehrere Zylinder eine Ventilzeitsteuerung und eine Kraftstoffeinspritzsteuerung für die Steuerung der Abgastemperaturen aufweisen.
  • Die vorstehend genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
  • 1 zeigt ein Fahrzeug-Leistungsübertragungssystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
  • Das in 1 gezeigte Fahrzeug-Leistungsübertragungssystem 10 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine Leistung zum Antrieben eines Kraftfahrzeugs, eines Lastkraftfahrzeugs, einer Baumaschine, eines Schiffes, eines stationären Generators, einer Zugmaschine oder ähnlichem vor.
  • Das System 10 ist ein Verbrennungsmotorsystem, bei dem ein Kraftstoff wie etwa Benzin oder Diesel in einem Verbrennungsmotor 14 mit einer Funkenzündung oder einer Kompressionszündung verbrannt wird. Der Motor 14 kann ein Dieselmotor sein, der eine Anzahl von Zylindern 18 umfasst, in die Kraftstoff und Luft für die Zündung eingespritzt werden. Der Motor 14 kann ein Mehrzylinder-Verbrennungsmotor mit einer Kompressionszündung wie etwa ein Dieselmotor mit 4, 6, 8, 12, 16 oder 24 Zylindern sein. Es ist jedoch zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf einen bestimmten Typ von Motor oder Kraftstoff beschränkt ist.
  • Die durch den Motor 14 während der Verbrennung erzeugten Abgase können über ein Abgassystem 20 ausgestoßen werden. Das Abgassystem 20 kann verschiedene Einrichtungen wie einen Abgaskrümmer und Leitungen umfassen, um die Abgase zu einer Partikelfilteranordnung 30 zu führen, die im Fall eines Dieselmotors gewöhnlich als Dieselpartikelfilter bezeichnet wird. Optional kann das System 20 einen Turbolader in der Nähe des Abgaskrümmers umfassen, um die Frischluftzufuhr in den Motor 14 zu verdichten. Der Turbolader kann zum Beispiel eine Turbine 32 und einen Verdichter 34 wie etwa einen Turbolader mit einer variablen Geometrie (VGT) und/oder eine Turbocompound-Leistungsturbine umfassen. Natürlich ist die vorliegende Erfindung aber nicht auf Abgassysteme einschließlich von Turboladern oder ähnliches beschränkt.
  • Die Partikelfilteranordnung 30 kann konfiguriert sein, um während des Verbrennungsprozesses erzeugte Partikeln aufzufangen. Insbesondere kann die Partikelfilteranordnung 30 einen Oxidationskatalysatorkanister 36 mit einem darin enthaltenen Oxidationskatalysator 38 und einen Partikelfilterkanister 42 mit einem darin enthaltenen Partikelfilter 44 umfassen. Die Kanister 36, 42 können separate Komponenten sein, die durch eine Klemme oder eine andere Einrichtung miteinander verbunden sind, sodass die Kanister 36, 42 für eine Wartung oder andere Arbeiten voneinander getrennt werden können. Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beispielhafte Konfiguration der Partikelfilteranordnung 30 beschränkt. Vielmehr sieht die vorliegende Erfindung eine Partikelfilteranordnung vor, die auch mehr oder weniger als diese Komponenten und Einrichtungen umfassen kann. Insbesondere gibt die vorliegende Erfindung eine Partikelfilteranordnung 30 vor, die nur das Partikelfilter 44, aber nicht unbedingt den Oxidationskatalysatorkanister 36 oder das Substrat 38 umfasst, wobei das Partikelfilter 44 auch in anderen Teilen des Abgassystems 20 wie etwa vor der Turbine 32 angeordnet sein kann.
  • Der Oxidationskatalysator 38, der bei Dieselmotoren allgemein als Dieseloxidationskatalysator bezeichnet wird, kann Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid in den Abgasen oxidieren, um die Temperaturen an dem Partikelfilter 44 zu erhöhen. Das Partikelfilter 44 kann Partikeln in den Abgasen wie etwa Kohlenstoff, Ölpartikeln, Asche und ähnliches auffangen und die aufgefangenen Partikeln verbrennen, wenn die assoziierten Temperaturen ausreichend hoch sind. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht eine Aufgabe der Partikelfilteranordnung 30 darin, schädliche kohlehaltige Partikeln in den Abgasen aufzufangen und diese Substanzen zu speichern, bis die Temperaturen an dem Partikelfilter 44 eine Oxidation der aufgefangenen Partikeln zu einem Gas unterstützen, das in die Atmosphäre ausgestoßen werden kann.
  • Der Oxidationskatalysatorkanister 36 und der Partikelfilterkanister 42 können Einlässe und Auslässe mit definierten Querschnittflächen umfassen, wobei dazwischen Erweiterungsteile vorgesehen sind, um den Oxidationskatalysator 38 und das Partikelfilter 44 aufzunehmen. Die vorliegende Erfindung sieht jedoch vor, dass die Kanister 36, 42 verschiedene Konfigurationen und Anordnungen zum Oxidieren von Emissionen und zum Auffangen von Partikeln aufweisen können. Die vorliegende Erfindung ist also nicht auf eine bestimmte Konfiguration für die Partikelfilteranordnung 30 beschränkt.
  • Um die Oxidation der aufgefangenen Partikeln zu unterstützen, kann eine Dosierungseinrichtung 50 vorgesehen sein, die Kraftstoff in die Abgase einführt, damit der Kraftstoff mit dem Sauerstoff des Katalysators in dem Oxidationskatalysator 38 reagiert und verbrennt, um die Temperaturen an dem Partikelfilter 44 zu erhöhen und dadurch die Regeneration zu unterstützen. Höhere Abgastemperaturen an der Dosierungseinrichtung 50 unterstützen die Kraftstoffverdampfung und eine optimale Kraftstoff- und Luftzufuhr zu dem Oxidationskatalysator 38. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Abgastemperatur an der Dosierungseinrichtung 50 gesteuert. Die Menge des durch die Dosierungseinrichtung eingespritzten Kraftstoffs kann in Abhängigkeit von den Temperaturen an dem Partikelfilter 44 sowie von anderen Systemparametern wie etwa dem Luftmassenfluss, den EGR-Temperaturen und ähnlichem gesteuert werden, um die Regeneration zu kontrollieren. Die vorliegende Erfindung sieht jedoch auch vor, dass Kraftstoff auf andere Weise wie etwa über eine Steuerung des Motors 14 in die Abgase eingeführt werden kann, um Kraftstoff zusammen mit den Abgasen auszustoßen.
  • Ein Lufteinlasssystem 52 kann vorgesehen sein, um Frischluft von einem Frischlufteinlass 54 über eine Luftleitung zu einem Einlasskrümmer zuzuführen, von dem aus sie dann in den Motor 14 geführt wird. Außerdem kann das System 52 einen Luftkühler bzw. Ladeluftkühler 56 zum Kühlen der Frischluft nach der Verdichtung durch den Verdichter 34 umfassen. Optional kann ein Drosseleinlassventil 58 vorgesehen sein, um den Fluss der Frischluft zu dem Motor 14 zu steuern. Das Drosselventil 58 kann ein manuell oder Elektrisch betätigtes Ventil sein, das etwa auf die Pedalposition eines Drosselventils reagiert, das durch einen Fahrer des Fahrzeugs betätigt wird. Es sind viele Variationen für ein derartiges Lufteinlasssystem möglich, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Anordnung beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung sieht verschiedene Funktionen und Merkmale zum Zuführen von Frischluft zu den Einlasskrümmern und Zylindern vor, die mehr oder weniger als die zuvor genannten Einrichtungen umfassen können.
  • Ein Abgasrezirkulationssystem (EGR-System) 64 kann optional vorgesehen sein, um Abgas zu dem Motor 14 zurückzuführen und mit Frischluft zu mischen. Das EGR-System 64 kann wahlweise einen abgemessenen Teil der Abgase in den Motor 14 einführen. Das EGR-System 64 kann zum Beispiel die eingehende Luftladung verdünnen und die Spitzenverbrennungstemperaturen senken, um die während der Verbrennung erzeugte Menge an Stickstoffoxiden zu reduzieren. Die zu rezirkulierende Abgasmenge kann gesteuert werden, indem ein EGR-Ventil 66 und/oder andere Einrichtungen wie etwa ein Turbolader gesteuert werden. Das EGR-Ventil 66 kann ein elektronisch gesteuertes Ventil mit einem variablen Durchfluss sein. Es gibt viele mögliche Konfigurationen für das steuerbare EGR-Ventil 66, wobei die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf einen bestimmten Aufbau des EGR-Ventils 66 beschränkt sind.
  • Das EGR-System 64 kann gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine EGR-Kühlungsleitung 70 einschließlich eines Abgaskühlers 72 und eine nicht kühlende EGR-Umgehungsleitung 74 umfassen. Das EGR-Ventil 66 kann an dem Abgaskrümmer vorgesehen sein, um Abgas durch die EGR-Kühlungsleitung 70 und/oder die EGR-Umgehungsleitung 74 zu führen. Natürlich sieht die vorliegende Erfindung auch vor, dass das EGR-System 64 eine oder mehrere dieser Einrichtungen in verschiedenen Anordnungen entlang des EGR-Flusspfads sowie andere Einrichtungen zum Rezirkulieren von Abgas umfassen kann. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein bestimmtes EGR-System beschränkt und sieht auch die Verwendung von anderen Systemen vor, die eine oder mehrere der oben genannten Einrichtungen umfassen können, wie zum Beispiel ein EGR-System mit nur einer EGR-Kühlungsleitung oder nur einer EGR-Umgehungsleitung.
  • Ein Kühlsystem 80 kann vorgesehen sein, um die Temperatur des Motors 14 durch das Steuern des Flusses oder der Temperatur eines Kühlmittels zu steuern. Das Kühlmittel kann in einer ausreichenden Menge vorgesehen sein, um die durch den Motor 14 erzeugte Wärme fließend etwa über einen Motorkühler abzuleiten. Der Motorkühler kann eine Anzahl von Rippen umfassen, durch die das Kühlmittel fließt, um durch den Luftfluss gekühlt zu werden, der durch ein Motorgehäuse strömt und/oder durch einen Kühlventilator erzeugt wird. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch mehr oder weniger als die oben genannten Einrichtungen in dem Kühlsystem 80 umfassen, wobei die Erfindung nicht auf das oben beschriebene beispielhafte Kühlsystem beschränkt ist.
  • Das Motorkühlsystem 80 kann in Verbindung mit einem Fahrzeugheizsystem 84 betrieben werden. Das Heizsystem 84 kann einen Heizkegel, ein Heizgebläse und ein Heizventil umfassen. Der Heizkegel kann ein erwärmtes Kühlmittel von dem Motor 14 über das Heizventil empfangen, sodass das Heizgebläse, das elektrisch durch die Insassen in einem Insassenbereich bzw. Insassenraum des Fahrzeugs bedient werden kann, die durch den Heizkonus erwärmte Luft zu den Insassen blasen kann. Zum Beispiel kann das Heizgebläse mit verschiedenen Geschwindigkeiten betrieben werden, um die Menge der an dem Heizkonus entlang geblasenen und dadurch erwärmten Luft zu steuern, wobei die erwärmte Luft dann über ein Lüftungssystem zu den Insassen verteilt wird. Optional können Sensoren und Schalter 86 in dem Insassenbereich enthalten sein, um die Heizanforderungen der Insassen zu steuern. Die Schalter und Sensoren können analoge oder digitale Schalter zum Anfordern eines Heizbetriebs und Sensoren umfassen, die feststellen, ob der angeforderte Heizbetrieb erfüllt wird. Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass mehr oder weniger als die oben genannten Einrichtungen in dem Heizsystem enthalten sein können, wobei die Erfindung nicht auf das oben beschriebene beispielhafte Heizsystem beschränkt ist.
  • Eine Steuereinrichtung 92 wie etwa ein elektronisches Steuermodul oder ein Motorsteuermodul kann in dem System 10 enthalten sein, um verschiedene Operationen des Motors 14 und anderer damit assoziierter Systeme bzw. Subsysteme wie etwa der Sensoren in den Abgas-, EGR-, Einlass-, Kühl-, Schmier- und Klimaanlagensystemen zu steuern. Es können verschiedene Sensoren elektrisch über Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 94 mit der Steuereinrichtung kommunizieren. Die Steuereinrichtung 92 kann eine Mikroprozessoreinheit (MPU) 98 umfassen, die über einen Daten- und Steuerbus 100 mit verschiedenen Computerlesbaren Speichermedien kommuniziert. Die Computer-lesbaren Speichermedien können eine Anzahl von bekannten Einrichtungen umfassen, die als ROM 102, RAM 104 und NVRAM 106 funktionieren. Eine Ein-/Ausgabeeinrichtung 108 für Daten-, Diagnose- und Programmierfunktionen kann wahlweise über einen Stecker mit der Steuereinrichtung verbunden werden, um verschiedene Informationen auszutauschen. Die Einrichtung 108 kann auch verwendet werden, um Werte in den Computer-lesbaren Speichermedien wie etwa Konfigurationseinstellungen, Kalibrierungsvariablen, Befehle für die Steuerung der EGR-, Einlass- und Abgassysteme und anderes zu ändern.
  • Das System 10 kann eine Einspritzungsmechanismus 114 zum Steuern der Kraftstoff- und/oder Lufteinspritzung für die Zylinder 18 umfassen. Der Einspritzmechanismus 114 kann durch die Steuereinrichtung 92 oder eine andere Steuereinrichtung gesteuert werden und kann eine Anzahl von Einrichtungen wie etwa Einrichtungen zum Einspritzen von Kraftstoff und/oder Luft in einen gemeinsamen Zylindereinlass sowie eine Einheit umfassen, die Kraftstoff und/oder Luft in jeden Zylinder einzeln einspritzt. Zum Beispiel kann der Einspritzmechanismus 114 separat und unabhängig die Menge an Kraftstoff und/oder Luft steuern, die in jeden Zylinder eingespritzt wird, sodass jeder Zylinder separat und unabhängig gesteuert wird und verschiedene Mengen an Kraftstoff und/oder Luft oder keinen Kraftstoff und keine Luft empfängt. Natürlich sieht die vorliegende Erfindung vor, dass der Einspritzmechanismus 114 mehr oder weniger als diese Einrichtungen umfassen kann, wobei die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Einrichtungen beschränkt ist.
  • Das System 10 kann einen Ventilmechanismus 116 zum Steuern von Ventilbetätigungen der Zylinder 18 umfassen, um etwa den Luftfluss in und den Abgasfluss aus den Zylindern 18 zu steuern. Der Ventilmechanismus 116 kann durch die Steuereinrichtung 92 oder eine andere Steuereinrichtung gesteuert werden und kann eine beliebige Anzahl von Einrichtungen wie etwa Einrichtungen zum wahlweisen und unabhängigen Öffnen und Schließen von Einlass- und/oder Auslassventilen umfassen. Zum Beispiel kann der Ventilmechanismus 116 einen Verdichtungsbremsmechanismus umfassen, der das Abgasventil von einem oder mehreren Zylindern derart steuert, dass die Abgasventile während des Verdichtungshubs und während des normalen Abgashubs geöffnet werden können, wodurch die Abgastemperatur gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gesteuert werden kann. Natürlich sieht die vorliegende Erfindung vor, dass der Ventilmechanismus mehr oder weniger dieser Einrichtungen umfassen kann, wobei die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Einrichtungen beschränkt ist.
  • Während des Betriebs empfängt die Steuereinrichtung 92 Signale von verschiedenen Motor-/Fahrzeugsensoren und führt eine in Hardware und/oder Software eingebettete Steuerlogik zur Steuerung des Systems 10 aus. Die Computer-lesbaren Speichermedien können zum Beispiel gespeicherte Befehle umfassen, die durch die Steuereinrichtung 92 ausgeführt werden können, um Verfahren zum Steuern der Einrichtungen und Subsysteme in dem System 10 durchzuführen. Die Programmbefehle können durch die Steuereinrichtung in der MPU 98 ausgeführt werden, um die verschiedenen Systeme und Subsysteme des Motors und/oder des Fahrzeugs über die Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 94 zu steuern. Allgemein geben die Strichlinien in 1 die optionale Sensor- und Steuerkommunikation zwischen der Steuereinrichtung und den verschiedenen Komponenten in dem Leistungsübertragungssystem wieder. Weiterhin ist zu beachten, dass eine beliebige Anzahl von Sensoren und Einrichtungen mit jeder Einrichtung in dem System assoziiert sein kann, um deren Betrieb zu überwachen und zu steuern.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Steuereinrichtung 92 eine DDEC-Steuereinrichtung von der Detroit Diesel Corporation, Detroit, Michigan sein. Verschiedene andere Einrichtungen in dieser Steuereinrichtung sind im Detail in einer Anzahl von US-Patenten der Detroit Diesel Corporation beschrieben. Weiterhin kann die Steuereinrichtung eine Anzahl von Programmier- und Verarbeitungstechniken bzw. entsprechende Strategien zur Steuerung der Einrichtungen in dem System 10 umfassen. Weiterhin sieht die vorliegende Erfindung vor, dass das System eine oder mehrere Steuereinrichtungen wie etwa separate Steuereinrichtungen zum Steuern von Systemen oder Subsystemen einschließlich einer Systemsteuereinrichtung zum Steuern der Abgastemperaturen, der Massenflussraten oder anderer damit assoziierter Merkmale umfasst. Diese Steuereinrichtungen können wiederum andere Steuereinrichtungen neben der oben beschriebenen DDEC-Steuereinrichtung umfassen.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft das Steuern des Motors 14, um Abgase mit der gewünschten Abgastemperatur auszustoßen und dadurch die Regeneration zu unterstützen. Zum Beispiel sieht die vorliegende Erfindung das Steuern des Motorbetriebs in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen der gewünschten Abgastemperatur und der tatsächlichen Abgastemperatur vor, wobei die tatsächliche Abgastemperatur zu der gewünschten Abgastemperatur erhöht wird, um die Regeneration des Partikelfilters zu unterstützen, und wobei die erhöhte Abgastemperatur dann bei Bedarf aufrechterhalten wird. Die Steuerung kann in Übereinstimmung mit einer Software erfolgen, die in der Steuereinrichtung 92 enthalten ist oder in dieselbe eingegeben wird. Die Steuerung kann aber auch durch eine andere Logik oder andere Steuereinrichtungen wie etwa eine Regenerationssystem-Steuereinrichtung vorgesehen werden.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Ventilmechanismus 116 durch die Steuereinrichtung 92 oder eine andere Einrichtung gesteuert werden, um die Abgastemperatur durch das Ändern der Abgasventilbetätigungen für einen oder mehrere Zylinder 18 während des normalen Verbrennungszyklus zu steuern, während der Einspritzmechanismus 114 dafür sorgt, dass diese Zylinder 18 nicht mit Kraftstoff versorgt werden. Dieser Betriebsmodus kann das Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr zu einem oder mehreren Zylindern umfassen und kann vorsehen, dass der Ventilmechanismus 116 die assoziierten Abgasventile während eines Verdichtungshubs öffnet, damit der Zylinder als Pumpe wirkt, wodurch die Gasladung verdichtet und dann in das Abgassystem ausgestoßen wird, bevor eine wesentliche Expansion in dem Zylinder erfolgt. Um die Motorgeschwindigkeit und/oder die Ausgabeleistung (an der Welle) aufrechtzuerhalten, muss die Steuereinrichtung 92 dafür sorgen, dass der Einspritzmechanismus 114 die Kraftstoffeingabe zu den weiterhin mit Kraftstoff versorgten Zylindern erhöht, um den Leistungsverlust aufgrund der nicht erfolgenden Kraftstoffversorgung der pumpenden Zylinder und der durch die pumpenden Zylinder verbrauchten Leistung zu kompensieren. Auf diese Weise wird die Kraftstoffversorgung zu den zündenden Zylindern erhöht und wird die Abgastemperatur durch den Ausstoß der heißen verdichteten Luft aus den pumpenden Zylindern erhöht. Da die Abgastemperatur direkt proportional zu der Anzahl der pumpenden Zylinder, zu dem Zeitverlauf der Abgasventilöffnung während des Verdichtungshubs und zu der Motorgeschwindigkeit ist, weil mehr Pumpzyklen die Zufuhr von mehr Kraftstoff zu den zündenden Zylindern erfordern und mehr heiße verdichtete Luft aus den pumpenden Zylindern ausgestoßen wird, sieht die vorliegende Erfindung das Steuern der Abgastemperaturen aus dem Motor durch das Steuern von einem oder mehreren dieser Parameter vor. Die Steuerverfahren können auf die folgenden alternativen Verfahren der Abgasventilzeitsteuerung und der Kraftstoffeinspritzsteuerung angewendet werden.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Ventilmechanismus 116 gesteuert werden, um das Öffnen der Abgasventile für einen oder mehrere mit Kraftstoff versorgte Zylinder oder für einen oder mehrere nicht mit Kraftstoff versorgte Zylinder zu verzögern, um das Öffnen der Abgasventile relativ zu einem gewöhnlichen Ventilzeitablauf während eines Abgashubs zu verzögern. Diese Verzögerung sorgt dafür, dass die eingeschlossenen Abgase vor dem Ausstoßen verdichtet werden, wobei wiederum die Steuereinrichtung 92 eine Kompensation durch das Erhöhen der Kraftstoffzufuhr zu den normal betriebenen Zylindern vorsehen muss, um die Motorgeschwindigkeit und/oder die Ausgabeleistung aufrechtzuerhalten. Das Verfahren kann unabhängig davon angewendet werden, ob der Zylinder mit Kraftstoff versorgt wird oder nicht, wobei die Verzögerung jedoch gewöhnlich für einen nicht mit Kraftstoff versorgten Zylinder länger als für einen mit Kraftstoff versorgten Zylinder ist.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Ventilmechanismus 116 gesteuert werden, um das Öffnen von Abgasventilen für einen oder mehrere Zylinder relativ zu dem gewöhnlichen Ventilzeitablauf während eines Expansionshubs zu beschleunigen. Dieses Verfahren erfordert eine Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder, wobei die Abgastemperatur aufgrund des Ausstoßes vor der normalen Expansion erhöht wird. Die Steuereinrichtung muss die Kraftstoffzufuhr zu den normal betriebenen Zylindern erhöhen, um die frühe Abgasöffnung der Zylinder zu kompensieren. Dieses Verfahren kann ausreichende Abgastemperaturen für die Regeneration einer geeigneten Partikelfilteranordnung vorsehen, sodass keine Dosierungseinrichtung 50 und kein Oxidationskatalysator 38 erforderlich sind.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Temperaturen der aus dem Motor 14 ausgestoßenen Abgase durch einen Ventilmechanismus 116 gesteuert werden, der eine Kombination aus einer Betätigung eines variablen Abgasventils und aus einer Betätigung eines variablen Einlassventils vorsieht. Zum Beispiel können ein oder mehrere der Zylinder wahlweise in Übereinstimmung mit dem folgenden Zyklus gesteuert werden, um die Temperatur der ausgestoßenen Abgase zu erhöhen: normales Öffnen des Einlassventils, um Luft während des Einlasshubs einzuführen; Öffnen des Abgasventils nahe dem Ende des Verdichtungshubs und bald darauf folgendes Schließen des Abgasventils; Öffnen des Einlassventils während des normalen Expansionshubs und bald darauf folgendes Schließen des Einlassventils, um eine zusätzliche Zylinderladung einzuführen; und Verzögern des Öffnens des Abgasventils während eines Abgashubs, um ein verdichtendes Erhitzen der Zylinderladung vor dem Ausstoßen zu verursachen.
  • Es wurden Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben, wobei zu beachten ist, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr ist die Beschreibung beispielhaft und nicht einschränkend, wobei verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Steuern der Temperaturen von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor zur Unterstützung der Regeneration eines damit in Fluidkommunikation stehenden Partikelfilters, wobei der Verbrennungsmotor eine Anzahl von Verbrennungszylindern, die Abgase ausstoßen, eine Dosierungseinrichtung, die in Fluidkommunikation mit dem Partikelfilter steht, um Kraftstoff in die Abgase einzuspritzen, und einen Oxidationskatalysator umfasst, der in Fluidkommunikation mit dem Partikelfilter steht, um den durch die Dosierungseinrichtung eingespritzten Kraftstoff zu verbrennen, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen einer gewünschten Abgastemperatur an der Dosierungseinrichtung, um die Verdampfung des durch die Dosierungseinrichtung eingespritzten Kraftstoffes zu unterstützen, damit der verdampfte Kraftstoff zu dem Oxidationskatalysator zugeführt wird, wo er oxidiert, um die Temperatur der Abgase zu erhöhen, wodurch wiederum die durch das Partikelfilter aufgefangenen Partikeln oxidiert werden, wobei die gewünschte Abgastemperatur an der Dosierungseinrichtung höher als die Abgastemperatur der bei einer Kraftstoffversorgung von allen Zylindern aus dem Motor ausgestoßenen Abgase ist, Steuern des Motors zum Ausstoßen von Gasen mit der gewünschten Abgastemperatur für eine verbesserte Kraftstoffverdampfung durch das Ändern der Abgasventilbetätigungen an wenigstens einem Abgasventil für wenigstens einen Zylinder, sodass das Gas verdichtet und vor der Expansion zu der Dosierungseinrichtung ausgestoßen wird und sodass die Kraftstoffzufuhr der verleibenden, mit normalen Ventilbetätigungen betriebenen Zylinder erhöht wird, um die Motorgeschwindigkeit und die Ausgabeleistung aufrechtzuerhalten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch das wahlweise Bestimmen einer Anzahl von Zylindern mit modifizierten Abgasventilbetätigungen in Abhängigkeit von der gewünschten Abgastemperatur vor dem Hintergrund, dass die Abgastemperatur direkt proportional zu der Anzahl der nicht mit Kraftstoff versorgten Zylinder mit modifizierten Abgasventilbetätigungen ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, weiterhin gekennzeichnet durch das wahlweise Modulieren der Öffnungszeiten des Abgasventils für einen oder mehrere der Zylinder mit modifizierten Ventilbetätigungen, um Abgase mit der gewünschten Abgastemperatur auszustoßen, wobei durch das wahlweise Modulieren die Temperatur der ausgestoßenen Abgase erhöht oder vermindert wird, um die Temperatur der ausgestoßenen Abgase innerhalb eines vordefinierten Temperaturbereichs zu halten.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeneration des Partikelfilters erforderlich ist, wenn der Motor mit oder nahe bei der Leerlaufgeschwindigkeit betrieben wird, wobei das Verfahren weiterhin das Steuern des Motors zum wahlweisen Steuern der Abgastemperatur auf oder über die gewünschte Abgastemperatur durch das Erhöhen der Motorleerlaufgeschwindigkeit und durch das Modifizieren der Abgasventilbetätigungen an wenigstens einem Zylinder umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch das Versorgen von einem oder mehreren Zylindern mit Kraftstoff und zum Steuern der Abgasventilbetätigungen der nicht mit Kraftstoff versorgten Zylinder, um die Temperaturen der ausgestoßenen Abgase durch das Öffnen der Abgasventile nahe dem Ende des Verdichtungshubs und/oder das Verzögern der Öffnung des Abgasventils während eines Abgashubs zu erhöhen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ändern der Abgasventilbetätigungen der nicht mit Kraftstoff versorgten Zylinder das Öffnen des Abgasventils nahe dem Ende des Verdichtungshubs der nicht mit Kraftstoff versorgten Zylinder umfasst, um die Temperatur der ausgestoßenen Abgase zu erhöhen.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ändern der Abgasventilbetätigungen der nicht mit Kraftstoff versorgten Zylinder das Verzögern des Öffnens des Abgasventils während eines Abgashubs der nicht mit Kraftstoff versorgten Zylinder umfasst, um die Temperatur der ausgestoßenen Abgase zu erhöhen.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, das weiterhin das Erhöhen der eingespritzten Kraftstoffmenge und/oder das Ändern der Einspritzzeiten um eine entsprechende Größe für die verbleibenden Zylinder mit nicht modifizierten Abgasventilbetätigungen umfasst, um die angeforderte Motorgeschwindigkeit oder Ausgabeleistung aufrechtzuerhalten.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhindern der Kraftstoffversorgung von wenigstens einem Zylinders und das Ändern der Einlass- und Abgasventilbetätigungen der nicht mit Kraftstoff versorgten Zylinder in Übereinstimmung mit dem folgenden Zyklus während vier Hüben erfolgt: Öffnen und Schließen des Einlassventils, um Luft während eines Einlasshubs einzuführen, Öffnen und Schließen des Abgasventils nahe dem Ende des Verdichtungshubs, Öffnen und Schließen des Einlassventils, um zusätzliche Luft während eines Expansionshubs zuzuführen, und Verzögern des Öffnens des Abgasventils während eines Abgashubs.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch das Versorgen von wenigstens einem Zylinder mit Kraftstoff und das Steuern der Abgasventilbetätigungen der mit Kraftstoff versorgten Zylinder, um die Temperaturen der ausgestoßenen Gase durch das frühere Öffnen der Abgasventile während des Expansionshubs zu erhöhen.
  11. Verfahren zum Steuern der Temperaturen von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor zur Unterstützung der Regeneration von in einem Partikelfilter aufgefangenen Partikeln, wobei der Verbrennungsmotor eine Anzahl von Verbrennungszylindern umfasst, die Abgase zu dem Partikelfilter ausstoßen, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen einer gewünschten Abgastemperatur, um die Regeneration der in dem Partikelfilter aufgefangenen Partikeln zu unterstützen, wobei die gewünschte Abgastemperatur höher als die Abgastemperatur der bei einer Kraftstoffversorgung von allen Zylindern aus dem Motor ausgestoßenen Abgase ist, und Steuern des Motors, um die Abgase mit der gewünschten Abgastemperatur auszustoßen, indem wenigstens ein Abgasventil für wenigstens einen der Zylinder gesteuert wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin gekennzeichnet durch das Öffnen eines Abgasventils während eines Verdichtungshubs, um die Temperatur der ausgestoßenen Abgase zu erhöhen.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin gekennzeichnet durch das Verzögern des Öffnens eines Abgasventils während eines Abgashubs, um die Temperatur der ausgestoßenen Abgase zu erhöhen.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin gekennzeichnet durch das Beschleunigen des Öffnens eines Abgasventils während eines Expansionshubs, um die Temperatur der ausgestoßenen Gase zu erhöhen.
  15. Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin gekennzeichnet durch das Steuern des Motors für einen Betrieb, in dem wenigstens ein Zylinder nicht mit Kraftstoff versorgt wird und die verbleibenden Zylinder mit Kraftstoff versorgt werden, sodass die Motorgeschwindigkeit oder die Ausgabeleistung aufrechterhalten wird und eine Erhöhung der Abgastemperatur zu der gewünschten Abgastemperatur unterstützt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin gekennzeichnet durch das Steuern einer Dosierungseinrichtung in Abhängigkeit von der Einlasstemperatur an dem Partikelfilter, um die Regeneration des Partikelfilters zu unterstützen, wobei die Dosierungseinrichtung Kraftstoff zu einem mit dem Partikelfilter assoziierten Oxidationskatalysator zuführt.
  17. Steuervorrichtung zum Steuern der Temperaturen von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor (14) zur Unterstützung der Regeneration von in einem Partikelfilter (44) aufgefangenen Partikeln, wobei der Verbrennungsmotor (14) eine Anzahl von Verbrennungszylindern (18) umfasst, die Abgase zu dem Partikelfilter (44) ausstoßen, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist zum: Bestimmen einer gewünschten Abgastemperatur, um die Regeneration der in dem Partikelfilter (44) aufgefangenen Partikeln zu unterstützen, wobei die gewünschte Abgastemperatur höher als die Abgastemperatur der bei einer Kraftstoffversorgung von allen Zylindern (18) aus dem Motor (14) ausgestoßenen Abgase ist, und Steuern des Motors (14), um die Abgase mit der gewünschten Abgastemperatur auszustoßen, indem wenigstens ein Abgasventil für wenigstens einen der Zylinder (18) gesteuert wird.
  18. Steuervorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung weiterhin konfiguriert ist zum Öffnen eines Abgasventils während eines Verdichtungshubs, um die Temperatur der ausgestoßenen Abgase zu erhöhen, zum Verzögern des Öffnens eines Abgasventils während eines Abgashubs, um die Temperatur der ausgestoßenen Abgase zu erhöhen, und/oder zum Öffnen eines Abgasventils während eines Expansionshubs, um die Temperatur der ausgestoßenen Abgase zu erhöhen.
  19. System für die Regeneration eines Partikelfilters, wobei das System umfasst: einen Motor (14) mit einer Anzahl von Verbrennungszylindern (18), die Abgase ausstoßen, einen oder mehrere Einspritz- und Ventilmechanismen (114, 116), die mit einem oder mehreren Zylindern (18) des Motors (14) kommunizieren, und eine Steuereinrichtung (92), die mit dem Einspritzmechanismus (114) kommuniziert, um den Motor (14) für einen Betrieb zu steuern, in dem ein oder mehrere Zylinder (18) nicht mit Kraftstoff versorgt werden und die Abgasventilbetätigungszeiten für einen oder mehrere Zylinder (18) in Abhängigkeit von der für die Regeneration gewünschten Abgastemperatur angepasst werden, sodass der Motor (14) Abgase mit einer für die Regeneration ausreichenden Temperatur ausstößt.
  20. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzmechanismus (114) den in die Zylinder (18) eingespritzten Kraftstoff steuert und der Ventilmechanismus (116) die Abgasventilbetätigungszeiten für die Zylinder (18) steuert.
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